JP3666376B2 - 高周波焼鈍特性に優れた高強度鋼とその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げ加工、バルジ加工,液圧異形断面化加工、プレス異形断面化加工、縮径加工、張出し加工、伸びフランジ加工などの塑性変形工程を二つ以上組合わせることにより、サスペンションアーム、サスペンションビームなどの足廻り部品、シャーシー部品、ボディー部品およびフレーム構造部品などの自動車構造部品の製造に用いられる高張力鋼に関し、特に延性が低温・短時間の高周波焼鈍で著しく回復するものに関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車部品には、サスペンションアーム、サスペンションビームなどの足廻り部品のように曲げ加工、バルジ加工,液圧異形断面化加工等の二つ以上の塑性変形工程を組合わせて製造される部品が多い。
【0003】
しかし、このように部品製造において塑性変形工程を組合わせた場合、1次加工により延性が劣化するため、部品形状によっては2次加工が制約される場合のあることが指摘されている。
【0004】
例えば、特公平5−55209号公報は、鋼管を曲げ加工後、液圧異形断面化加工し、箱形状の横断面を有するフレーム部材を形成するものであるが、周長さが素管の5%を超える設計では、割れ等を生じ、特に曲げコーナ部では曲げ加工に伴う延性低下から、周長さを変えずに液圧成形する場合でも異形断面化形状に著しい制約が生じている。
【0005】
このような問題点を解決するために、1次加工後、2次加工前に高周波誘導加熱により焼鈍を行い素材の延性を回復させることがおこなわれている。
【0006】
高周波誘導加熱による焼鈍は、所要時間が短時間で済み、延性回復の必要な部分にのみ焼鈍を行うことが可能で、省エネルギーの観点からも有効である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高周波誘導加熱による焼鈍をNb析出強化鋼、Cr,Mo等を含む変態強化鋼など自動車用鋼板として一般的な鋼に適用した場合、焼鈍条件は高温・長時間となり、加熱後の半製品表面にスケールが残るため、塗装工程前に酸洗が必要となり、また冷却に時間がかかるため作業能率が著しく低下するなどの問題点があった。
【0008】
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもので、低温・短時間の高周波誘導加熱による焼鈍条件で、1次加工により劣化した延性を2次加工に必要な程度まで回復させることが可能な高張力鋼で、具体的には焼鈍後、TS≧400MPa,El≧25%を満足するものを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高周波誘導加熱による表面性状の変化について詳細に検討し、加熱後の表面に残存するスケールが塗装工程前の酸洗を必要とせず、また加熱後の冷却が生産能率を阻害しない程度の短時間となる低温・短時間を特徴とする加熱条件を把握した。次に、このような加熱条件によって、2次加工に必要な延性が回復可能な成分組成について検討を行った。
【0010】
高周波誘導加熱後のスケールの生成状況は、板厚2mmの熱延酸洗板を600〜900℃×2〜20sで高周波誘導加熱し、外観目視観察及び断面検鏡によるスケール厚さ測定を行った。この結果、スケール厚さL(μm)と高周波誘導加熱温度T(℃)と時間t(s)との間には下記の式に示す関係があり、スケール厚さが2μmを超えると外観上地鉄が見えなくなり、塗装工程前に酸洗が必要となることを見出した。
【0011】
L=[t×1012×exp{−30000/(273+T)}]1/2
そこで、次に高周波焼鈍条件が2≧Lの場合における鋼成分組成と高周波誘導加熱による焼鈍特性の関係について調査し、逆変態率を成分組成のパラメータとした場合、焼鈍後の延性が整理されることを見出した。
【0012】
本発明は以上の知見を基に、更に検討を加えてなされたものである。すなわち、本発明は、
1. 質量%で、C:0.01〜0.30%、Si:2.0%以下、Mn:0.10〜2.0%、Al:0.01〜0.15%、N≦0.008%、O≦0.0100%、S≦0.015%、P≦0.050%、更に下記(1)式を満足する、残部実質的にFe及び不可避不純物からなる高周波焼鈍特性に優れた高強度鋼。
【0013】
0.10≦τ≦0.55 (1)
但し、τ=(750−Ac1)/(Ac3−Ac1):逆変態率パラメータ
2. 鋼組成として更に、質量%でNb,V,B,Ca,Ti,Cr,Mo,Cu,Ni,Wの一種または二種以上をNb+V+B+Ca≦0.02%、Ti+Cr+Mo+Cu+Ni+W≦0.20%を満足するように含有することを特徴とする請求項1記載の高周波焼鈍特性に優れた高強度鋼。
【0014】
3.1または2記載の成分組成を満足する鋼スラブを熱間圧延後、800〜720℃を5s以内で冷却し、更にランナウト上で720〜600℃を少なくとも2s保持することを特徴とする高周波焼鈍特性に優れた高強度鋼の製造方法。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明における成分組成、および製造条件の限定理由について詳細に説明する。
【0016】
1.成分組成
C,Si,Mn
C,Mnは高周波短時間焼鈍後に所望の強度(TS≧400MPa)を得るため添加する。
【0017】
C:0.01%未満、Mn:0.10%未満では、強度が得られず、C:0.30%超え、Mn:2.0%超えでは、高周波短時間焼鈍後の延性が劣化するため、C:0.01〜0.30%、Mn:0.10〜2.0%とする。Siも所望の強度を得るため添加するが、延性が劣化するため、2.0%以下とする。
【0018】
Al
Alは、高周波短時間焼鈍後にNをAlNとして固定し、延性を確保するため0.01〜0.15%添加する。
【0019】
N,S,P,O
N,S,P,Oは高周波短時間焼鈍後の延性を劣化させるため、N:0.008%以下、S:0.015%以下、P:0.050%以下、O:0.0100%以下とする。
【0020】
本発明の基本成分組成は以上であるが、特性を向上させるため、更に選択成分としてNb,V,B,Caの一種又は二種以上、Cr,Mo,Cu,Ni,Wの一種又は二種以上を添加することができる。
【0021】
Nb,V,B,Ca
Nb,V,B,Caは高周波短時間焼鈍時の延性回復を遅らせるため、一種又は二種以上を総計0.02%以下とする。
【0022】
Cr,Mo,Cu,Ni,W
Cr,Mo,Cu,Ni,Wも高周波短時間焼鈍時の延性回復を遅らせるため、一種又は二種以上を総計0.20%以下とする。
【0023】
逆変態率パラメータ:τ
本パラメータτは、上記成分組成範囲内にある鋼において、1次加工後、劣化した延性を低温・短時間の高周波誘導加熱焼鈍により、2次加工が可能な程度に回復させるものであり、本発明では0.10以上、0.55以下とする。
【0024】
但し、τ=(750−Ac1)/(Ac3−Ac1):逆変態率パラメータ
ここで、Ac1=723−10.7(%Mn)−16.9(%Ni)+29.1(%Si)+16.9(%Cr)+290(%As)+6.38(%W)、
Ac3=910−203√(%C)−15.2(%Ni)+44.7(%Si)+104(%V)+31.5(%Mo)+13.1(%W)−30(%Mn)−11(%Cr)−20(%Cu)+700(%P)+400(%Al)+120(%As)+400(%Ti)とする。
【0025】
図1は、本発明範囲内にある種々の成分組成の鋼を2.0mmの熱延鋼板とし、一次加工を模した冷間圧延加工を加え、その後、下記の式を満足する
条件で高周波短時間焼鈍を行ったものの延性(引張試験による伸び:El)を逆変態率パラメータ:τで整理した結果を示す。尚、下記の式が0.1未満の場合、冷間圧延加工による歪の回復が十分でなく、25%以上のElが得られない。
【0026】
2≧[t×1012×exp{−30000/(273+T)}]1/2≧0.1
図より、τが0.10以上、0.55以下において、El≧25%と優れた延性が得られている。尚、強度はいずれもTS≧400MPaであった。
【0027】
次に、本発明鋼の好適製造条件について説明する。高周波短時間焼鈍後の延性回復挙動は組織に影響され、熱間圧延後の冷却条件として800〜720℃を5s以下で冷却し、且つランナウト上で720〜600℃の温度域で少なくとも2s保持した場合、優れた特性が得られる。
【0028】
図2は、本発明範囲内にある鋼(実施例表1中、鋼A)を板厚2mmに熱間圧延後、種々の条件で、冷却し、一次加工を模した冷間圧延加工後、図1と同様な条件の高周波短時間焼鈍を行ない、引張試験を行った結果を示すものである。
【0029】
図より、上述した規定を満足する場合、El≧25%の優れた延性が得られている。尚、強度はいずれもTS≧400MPaであった。
【0030】
本発明鋼は、対象とする自動車部品の形状によって、薄鋼板、熱延コイルを酸洗後、造管した鋼管等として使用することが可能で、特に品種を特定するものではない。
【0031】
【実施例】
表1に示す成分組成を有する鋼スラブを、仕上温度840℃で熱間圧延し、800〜720℃を5s以内で冷却後、ランナウト上で720〜600℃を少なくとも2秒以上保持し、巻取温度620℃で熱延コイルとし、酸洗し、板厚2.0mmの熱延鋼帯とした。尚、表1において表示していない鋼中O量は、全供試鋼において、0.0100%以下とした。
【0032】
この鋼帯を一部管状にロール成形後溶接し、幅絞り率4%の条件で外形70mmの溶接鋼管とした。尚、幅絞り率は次式による。
【0033】
幅絞り={[スリット幅]−π([外径]−[板厚])}/π([外径]−[板厚])×(100%)
【0034】
【表1】
【0035】
熱延鋼帯および鋼管の高周波焼鈍特性を評価した結果を表2に示す。熱延鋼帯は一次加工を模した20〜70%の冷間圧延を行い、2≧[t×1012×exp{−30000/(273+T)}]1/2≧0.1を満足する条件で高周波加熱後空冷(一部ガス急冷)し、JIS5号試験片にて引張特性を評価した。鋼管は一次加工を模した20〜70%の縮径加工を行ない、上記条件で高周波加熱後空冷(一部ガス急冷)し、JIS12号試験片にて引張特性を評価した。
【0036】
【表2】
【0037】
【表3】
【0038】
表2より、本発明例である鋼A〜Gは熱延鋼帯、鋼管ともに高周波熱処理後で、TS≧400MPaの強度とEl≧25%の延性が得られ、表面性状は良好であった。
【0039】
実施例No.8〜11はτ値が、実施例No.12〜15はTi+Cr+Mo+Cu+Ni+Wの総量が本発明範囲外であり、の高周波熱処理後でElが25%未満と低く、2次加工に必要な延性が得られていない。
【0040】
実施例No.16はNb+V+B+Caの総量が本発明範囲外で多く、
実施例No.18,19,21は、C,Si,Mnのいずれかが本発明範囲外で多く、750℃×5sの高周波熱処理後でElが25%未満と低く、2次加工に必要な延性が得られていない。
【0041】
実施例No.17,20は、CまたはMnが本発明範囲外で少なく、高周波熱処理後の強度が400MPa未満と低く、母材の必要強度が得られない。
【0042】
尚、表中、下線で示した値は、本発明範囲外であることを示す。
【0043】
表3は本発明鋼Dを用いて、種々の条件で、熱延鋼帯とした後、外径70mm,肉厚2mmの溶接鋼管とし、30%縮径加工後、高周波加熱焼鈍した後の引張特性、および参考として高周波焼鈍条件の影響を調査した結果を示すものである。
【0044】
実施例No.22は本発明例であり、750℃×5sの高周波焼鈍条件でTS≧400MPa,El≧25%が得られている。一方、熱延条件が本発明範囲外である実施例No.23,24では、高周波焼鈍後の延性が低い。
【0045】
尚、表中、下線で示した値は、本発明範囲外であることを示す。
【0046】
【表4】
【0047】
【発明の効果】
本発明によれば、自動車部品など複数の塑性変形工程を組み合わせて製造する複雑な形状の部品が生産性よく製造でき、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】高周波焼鈍後(高周波加熱条件:2≧[t×1012×exp{−30000/(273+T)}]1/2≧0.1)の延性に及ぼす鋼成分(逆変態パラメータ:τ)の影響を示す図。
【図2】高周波焼鈍後(高周波加熱条件:2≧[t×1012×exp{−30000/(273+T)}]1/2≧0.1)の延性に及ぼす熱延後の冷却条件の影響を示す図。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.01〜0.30%、Si:2.0%以下、Mn:0.10〜2.0%、Al:0.01〜0.15%、N≦0.008%、O≦0.0100%、S≦0.015%、P≦0.050%、更に下記(1)式を満足する残部実質的にFe及び不可避不純物からなる高周波焼鈍特性に優れた高強度鋼。
0.10≦τ≦0.55 (1)
但し、τ=(750−Ac1)/(Ac3−Ac1):逆変態率パラメータ - 鋼組成として更に、質量%でNb,V,B,Ca,Ti,Cr,Mo,Cu,Ni,Wの一種または二種以上をNb+V+B+Ca≦0.02%、Ti+Cr+Mo+Cu+Ni+W≦0.20%を満足するように含有することを特徴とする請求項1記載の高周波焼鈍特性に優れた高強度鋼。
- 請求項1または2記載の成分組成を満足する鋼スラブを熱間圧延後、800〜720℃を5s以内で冷却し、更にランナウト上で720〜600℃を少なくとも2s保持することを特徴とする高周波焼鈍特性に優れた高強度鋼の製造方法。
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